[发明专利]一种基于光热辐射测量的材料内部应力测量系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于光热辐射测量的材料内应力测量系统及方法，所述测量系统包括光纤、手动拉伸机、检测样件、小离轴抛物镜架、小离轴抛物镜、准直镜、聚焦镜、第一偏振片、大离轴抛物镜、大离轴抛物镜架、滤波片、第二偏振片、红外探测器、第一BNC数据线、计算机、NI数据线、锁相放大器、第二BNC数据线、激光器电源、激光器电源线、激光器。本发明利用材料在外加调制热载荷作用下，依靠材料内部应力与热波信号存在的联系进行材料内应力测量，适用于各类型材料（金属材料、复合材料、无机非金属材料及合成材料）的内部应力测试。

技术领域

本发明涉及一种材料内部应力测量系统与方法，尤其涉及一种基于光热辐射测量的材料内部应力测量系统与方法。

背景技术

随着工业现代化技术的不断发展，对材料的使用性能与质量保证要求愈加严格。由于加工工艺不合格或者材料特性影响，造成最终使用的零件或部件存在内应力，进而严重影响整个机器的后续装配过程与最终的使用。内应力是指当外部荷载去掉以后，仍残存在物体内部的应力。它是由于材料内部宏观或微观的组织发生了不均匀的体积变化而产生的。材料内应力存在对材料的疲劳强度、应力腐蚀和形状精度等性能都具有较大影响。因此对材料内部应力进行准确测试，可以为后期去除材料残余应力具有重要的指导作用。目前针对材料内应力检测方法譬如纳米压痕法、射线衍射法及钻孔法，存在针对材料尺寸小、检测效率低、设备昂贵及检测精度差等缺陷。光热辐射测量技术是一种新兴的材料属性测量技术，由于其具有非接触、直观、高精度、高效率及易于操作的特性，广泛应用于材料的物理参数、几何参数及性能参数的检测。

发明内容

本发明的目的在于克服目前常见材料内部应力测量方法存在局限性的难题，提供一种基于光热辐射测量的材料内应力测量系统与方法。本发明利用材料在外加调制热载荷作用下，依靠材料内部应力与热波信号存在的联系进行材料内应力测量，适用于各类型材料（金属材料、复合材料、无机非金属材料及合成材料）的内部应力测试。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，包括光纤、手动拉伸机、检测样件、小离轴抛物镜架、小离轴抛物镜、准直镜、聚焦镜、第一偏振片、大离轴抛物镜、大离轴抛物镜架、滤波片、第二偏振片、红外探测器（HCT）、第一BNC数据线、计算机、NI数据线、锁相放大器、第二BNC数据线、激光器电源、激光器电源线、激光器，其中：小离轴抛物镜安装在小离轴抛物镜架上，检测样件装夹于手动拉伸机上，聚焦镜与第一偏振片依次位于准直镜与检测样件之间，大离轴抛物镜安装在大离轴抛物镜架上，滤波片及第二偏振片依次放置于大离轴抛物镜与红外探测器之间，红外探测器通过第一BNC数据线与锁相放大器端口一相连接，计算机通过NI数据线与锁相放大器端口三相连接，锁相放大器端口二通过第二BNC数据线与激光器电源相连接，激光器电源通过激光器电源线与激光器相连接，激光器通过光纤与准直镜相连接。

一种利用上述基于光热辐射测量的材料内应力测量系统进行材料内应力测量的方法，包括如下步骤：

步骤（1）：确定要测量的试验样件与其标定样件，其中标定样件与试验样件为同种材料，标定样件经时效处理（可认为内部应力为0），同时标定样件加工成易于手动拉伸机装夹的形状；

步骤（2）：首先将标定样件作为检测样件装夹到手动拉伸机上，此时手动拉伸机拉力为0；

步骤（3）：开启基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，此步骤包括计算机、锁相放大器及激光器电源等设备的开启；

步骤（4）：计算机控制锁相放大器进而控制激光器出射激光；

步骤（5）：调整小离轴抛物镜架，使激光聚焦于标定样件检测表面；调整大离轴抛物镜与小离轴抛物镜位置，使其平行放置；

步骤（6）：调整大离轴抛物镜架，使汇集的光线经滤波片及第二偏振片聚焦于红外探测器探头上；